第一章-第11講帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件

第一章

靜電場(chǎng)第11講帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)會(huì)從力和能量角度分析計(jì)算帶電粒子在電場(chǎng)中加速和偏轉(zhuǎn)的有關(guān)問(wèn)題.知道示波管的主要構(gòu)造和工作原理．目標(biāo)定位欄目索引一、帶電粒子的加速二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)三、示波管的原理對(duì)點(diǎn)檢測(cè) 自查自糾一、帶電粒子的加速如圖1所示，初速度為零、質(zhì)量為m、帶電荷量為q的帶正電粒子，由靜止開始從正極板通過(guò)電勢(shì)差為U的電場(chǎng)到達(dá)負(fù)極板，求其速度時(shí)可根據(jù)qU

＝

mv2，得v＝

.圖1知識(shí)梳理答案【深度思考】(1)若上述粒子從兩極板的中點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動(dòng)到負(fù)極板，則粒子到達(dá)負(fù)極板的速度是多少？(2)若上述粒子以速度v0從正極板運(yùn)動(dòng)到負(fù)極板，其速度又是多少？答案，相距典例精析例

1

如圖

2

所示，

M

和

N

是勻強(qiáng)電場(chǎng)中的兩個(gè)等勢(shì)面為d，電勢(shì)差為U，一質(zhì)量為m(不計(jì)重力)、電荷量為－q的粒子，以速度v0通過(guò)等勢(shì)面M射入兩等勢(shì)面之間，則該粒子穿過(guò)等勢(shì)面N的速度應(yīng)是(

C

)圖2總結(jié)提升解析答案針對(duì)訓(xùn)練1如圖3所示，P和Q為兩平行金屬板，兩極板間電壓為U，在P板附近有一電子由靜止開始向Q板運(yùn)動(dòng)，關(guān)于電子到達(dá)Q板時(shí)的速率，下列說(shuō)法正確的是(C

)A.兩極板間距離越大，加速時(shí)間越長(zhǎng)，獲得的速率就越大

B.兩極板間距離越小，加速度越大，獲得的速率就越大

C.與兩極板間距離無(wú)關(guān)，僅與加速電壓U有關(guān)D.以上說(shuō)法都不正確圖3答案返回知識(shí)梳理如圖4甲所示，質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，以初速度v0垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入兩平行板間場(chǎng)強(qiáng)為

E

的勻強(qiáng)電場(chǎng)，極板間距離為

d

，兩極板間電勢(shì)差為U，板長(zhǎng)為l.二、帶電粒子的偏轉(zhuǎn)圖4＝

的勻加速直線1.運(yùn)動(dòng)性質(zhì)沿初速度方向：做速度為

v0

的勻速直線

運(yùn)動(dòng).沿電場(chǎng)力方向：做初速度為零

，加速度為a＝運(yùn)動(dòng)..2.運(yùn)動(dòng)規(guī)律偏轉(zhuǎn)距離：由t＝

，a＝偏轉(zhuǎn)角度：因?yàn)関y

＝at＝，所以y＝

at2＝，所以tan

θ＝

＝.答案3.結(jié)論如圖乙所示，粒子射出電場(chǎng)時(shí)速度方向的反向延長(zhǎng)線過(guò)水平位移的中點(diǎn)，即粒子就像是從極板間處射出的一樣.【深度思考】質(zhì)子

和α粒子

由靜止經(jīng)同一電場(chǎng)加速后再垂直進(jìn)入同一偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，它們離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)偏移量相同嗎？為什么？答案

相同.若加速電場(chǎng)的電壓為U0，有即偏移量與m、q均無(wú)關(guān).答案典例精析例

2

一束電子流在經(jīng)

U

＝

5

000 V

的加速電壓加速后，在距兩極板等距離處垂直進(jìn)入平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖5所示.若兩板間距離d＝1.0

cm，板長(zhǎng)l＝5.0cm，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)極板上最大能加多大電壓？圖5解析答案針對(duì)訓(xùn)練2

裝置如例2.如果質(zhì)子經(jīng)同一加速電壓加速(U＝5

000V，但加速電場(chǎng)方向與例2相反，如圖6)，從同一位置垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)電場(chǎng)(d

＝

1.0

cm

，l

＝

5.0

cm)，偏轉(zhuǎn)電壓U

′＝

400

V.質(zhì)子能飛出電場(chǎng)嗎？如果能，偏移量是多大？圖6返回解析答案總結(jié)提升三、示波管的原理知識(shí)梳理1.構(gòu)造示波管是示波器的核心部件，外部是一個(gè)抽成真空的玻璃殼，內(nèi)部主要由電子槍(由發(fā)射電子的燈絲、加速電極組成)、偏轉(zhuǎn)電極(由一對(duì)X偏轉(zhuǎn)電極板和一對(duì)Y偏轉(zhuǎn)電極板組成)和熒光屏

組成，如圖7所示.圖7答案2.原理(1)掃描電壓：XX′偏轉(zhuǎn)電極接入的是由儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓.(2)燈絲被電源加熱后，發(fā)射熱電子，發(fā)射出來(lái)的電子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，以很大的速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，如在Y偏轉(zhuǎn)電極板上加一個(gè)信號(hào)電壓，在X偏轉(zhuǎn)電極板上加一周期相同的掃描電壓，在熒光屏上就會(huì)出現(xiàn)按Y偏轉(zhuǎn)電壓規(guī)律變化的可視圖象.答案【深度思考】示波管熒光屏上的亮線是怎樣產(chǎn)生的？所加的掃描電壓和信號(hào)電壓的周期要滿足什么條件才能得到待測(cè)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)的穩(wěn)定圖象？答案

電子打在熒光屏上將出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)，若電子打在熒光屏上的位置快速移動(dòng)，由于視覺(jué)暫留效應(yīng)，能在熒光屏上看到一條亮線.所加的掃描電壓和信號(hào)電壓的周期相等才能得到待測(cè)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)的穩(wěn)定圖象.答案典例精析例3

示波管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8

甲所示.

如果在偏轉(zhuǎn)電極XX

′、YY

′

之間都沒(méi)有加電壓，電子束將打在熒光屏中心.如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′之間和YY′之間加上圖丙所示的幾種電壓，熒光屏上可能會(huì)出現(xiàn)圖乙中(a)、(b)所示的兩種波形.則(

)圖8若XX′和YY′分別加電壓(3)和(1)，熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中(a)所示波形若XX′和YY′分別加電壓(4)和(1)，熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中(a)所示波形C.若XX′和YY′分別加電壓(3)和(2)，熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中(b)所示波形D.若XX′和YY′分別加電壓(4)和(2)，熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中(b)所示波形返回解析答案對(duì)點(diǎn)檢測(cè) 自查自糾1

2

3

41.(帶電粒子的直線運(yùn)動(dòng))(多選)如圖9所示，電子由靜止開始從A板向B板運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)B極板時(shí)速度為v，保持兩板間電壓不變，則()A.當(dāng)增大兩板間距離時(shí)，v增大

B.當(dāng)減小兩板間距離時(shí)，v增大

C.當(dāng)改變兩板間距離時(shí)，v不變D.當(dāng)增大兩板間距離時(shí)，電子在兩板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間也增大圖9解析答案1

2

3

42.(帶電粒子的偏轉(zhuǎn))如圖10所示，有一帶電粒子貼著A板沿水平方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U1時(shí)，帶電粒子沿①軌跡從兩板正中間飛出；當(dāng)偏轉(zhuǎn)電壓為U2時(shí)，帶電粒子沿②軌跡落到B板中間；設(shè)粒子兩次射入電場(chǎng)的水平速度相同，則兩次偏轉(zhuǎn)電壓之比為(A.U1∶U2＝1∶8C.U1∶U2＝1∶2A

)B.U1∶U2＝1∶4D.U1∶U2＝1∶1圖10解析答案1

2

3

43.(對(duì)示波管原理的認(rèn)識(shí))如圖11是示波管的原理圖.它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極(XX′和YY′)、熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空.給電子槍通電后，如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′和YY′上都沒(méi)有加電壓，電子束將打在熒光屏的中心O點(diǎn).圖111

2

3

4A.極板X應(yīng)帶正電

C.極板Y應(yīng)帶正電B.極板X′應(yīng)帶正電

D.極板Y′應(yīng)帶正電(1)帶電粒子在

Ⅰ

區(qū)域是加速的，在

Ⅱ

區(qū)域是偏轉(zhuǎn)的.(2)如果在熒光屏上P點(diǎn)出現(xiàn)亮斑，那么示波管中的(

AC

)答案1

2

3

44.(帶電粒子的偏轉(zhuǎn))如圖12為一真空示波管的示意圖，電子從燈絲K發(fā)出(初速度可忽略不計(jì))，經(jīng)燈絲與A板間的電壓U1加速，從A板中心孔沿中心線

KO射出，然后進(jìn)入兩塊平行金屬板M、N形成的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中(偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng))，電子進(jìn)入M、N間電場(chǎng)時(shí)的速度與電場(chǎng)方向垂直，電子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)后打在熒光屏上的P點(diǎn).已知M、N兩板間的電壓為U2，兩板間的距離為d，板長(zhǎng)為L(zhǎng)，電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，不計(jì)電子受到的重力及它們之間的相互作用力.圖121

2

3

4(1)求電子穿過(guò)A板時(shí)速度的大?。唤馕龃鸢?

2

3

4(2)求電子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中射出時(shí)的偏移量；解析

電子沿極板方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，沿電場(chǎng)方向做初速度為零的勻加